生物技术公司科技研发楼框架结构毕业设计土木工程.doc

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1、 江苏科技大学本 科 毕 业 设 计学 院 船舶与建筑工程学院 专 业 土 木 工 程 学生姓名 高 杨 班级学号 0945601212 指导教师 王素瑞、韦嶶 二零一三年六月江苏科技大学本科毕业设计生物技术公司科技研发楼Design Of Science and technology R & D Building 摘 要本工程为某生物技术公司科技研发楼，五层框架结构，首层层高3.9m,其他层层高为3.3m。总高度为18.0m。建筑总面积为4233.6m2。经过细致的方案论证，我们决定上部结构采用纵横向承重的钢筋混凝土框架结构。因为该工程抗震设防烈度为7度，所以不考虑竖向地震作用。在用底部剪力

2、法求出水平地震作用后，利用D值法完成了水平地震作用下的一榀框架的内力组合计算。采用弯矩二次分配法分别完成了恒载和活载最不利布置作用下的内力计算。接着进行结构构件的地震作用效应与其它荷载效应的基本组合及无地震作用效应与其它荷载效应的基本组合两种情况，对框架内力进行组合，得出框架梁柱的控制内力，进而完成了梁柱截面的配筋计算。进行了独立基础的计算及零星构件的计算。用天正7.5、AutoCAD2007、PKPM2005软件等计算并绘制本工程建筑和结构施工图。关键词: 地震；框架结构；二次分配法；荷载内力组合；截面设计；钢筋混凝土AbstractThis project is a building of

3、 Science and technology R & D Building. This subject is afive floor frame structure, the first layer of high 3.9m, other high-level 3.3m. The total height of 18.0m. The total building area of this project is4233.6m2.After complicated analysis, the frame structure of supporting weight in lengthways a

4、nd transverse direction of reinforced concrete is adopted for the superstructure of this building.As the anti-earthquake degree is 7,vertical earthquake is skipped. After the horizontal earthquake is calculated by the bottom-shear method, the Value D method is applied to calculate the stress of a fr

5、ame under horizontal earthquake. Then the stress under vertical dead load and the most adverse-arrange live load is calculated by the double-moment-divided method. Considering the two cases: the basic combination of the earthquake and the load and the basic combination of the load and no earthquake,

6、 the load effect combination is carried off. So according to the stress and of beams and columns, the section design is finished .The calculation of the independent foundation and other members are carried on. The software of Tianzheng2008,AutoCAD2007 and PKPM2005 is applied to calculation and draw

7、the pictures of the building and structure construction. Keyword：earthquake； frame structure； stress； double-moment-dividedmethod； load effect combination； section design目 录第一章 建筑设计说明11.1 设计要求11.2 调研21.3 平面布置21.4 立面布置21.5 剖面设计31.6 垂直交通设计31.7 耐火等级、防火疏散和采光通风31.8 其他构造设计31.9主要参考资料4第二章 结构设计62.1 框架结构设计62.

8、1.1 工程概况62.1.2 设计条件62.1.3 屋面及楼面做法72.2 梁柱截面、梁跨度及柱高的确定72.2.1 初估截面尺寸82.3 荷载计算92.3.1 楼、屋面活荷载标准值92.3.2 楼、屋面的建筑做法及恒荷载的标准值102.4重力荷载代表值132.4.1 荷载计算132.4.2 墙的重力荷载142.4.3柱、梁的重力荷载152.4.4楼面、屋面的重力荷载162.4.5楼层质点重力荷载标准值的计算172.5 地震作用计算182.5.1横向框架侧移刚度计算182.5.2 横向框架自振周期计算212.5.3 地震作用及楼层地震剪力计算212.5.4 水平地震作用下弹性层间位移验算222

9、.5.5 水平地震作用下框架结构内力计算232.6 风荷载作用下框架的内力计算292.7 竖向荷载作用下横向框架内力计算352.7.1 计算单元的选取352.7.2荷载计算352.7.3 内力计算422.8 内力组合502.8.1 框架梁、柱的内力组合512.8.2内力最不利组合设计572.9 截面设计592.9.1 框架梁截面设计592.9.2 框架柱截面设计652.10 楼梯配筋742.10.1 楼梯板计算742.10.2平台板计算752.10.3平台梁计算762.11 板的配筋772.11.1 楼面梁格布置图772.11.2 荷载设计值782.11.3 方案确定782.11.4双向板计算

10、792.12 基础设计812.12.1边柱基础设计812.12.2中柱联合基础设计88附录: PKPM电算94一、电算数据94二、电算绘图116三、 误差分析124结语125致谢126参考文献127第一章 建筑设计说明1.1 设计要求1设计内容：某生物技术公司科技研发楼建筑、结构设计2建筑规模与功能要求：规模: 总建筑面积5000 m2（+10%）左右，共56层。功能要求:层高：底层可为3.9 m，其它层可取3.3m。结构型式：采用现浇钢筋混凝土框架结构。房间功能要求：研发部(容纳80人，共有3个)、设计室（容纳80人，共有3个)、实验室(容纳80人，共有3个)、展厅、多功能厅、财务室、经营室

11、、工程部、资料室、会议室、总经理办公室(含休息室)、总工室（含休息室）、普通办公室等。垂直交通：楼梯根据防火及人群疏散要求设置；每层均设卫生间。3.设计资料： 气象资料 年平均降雨量 485mm 夏季主导风向 东南 冬季主导风向 西北基本风压 W0=0.35KN/m2 基本雪压 S0=0.25KN/m2 地质资料拟建场地地形平坦，自然地表绝对高程34.50 m，场地类别为II类场地，该场地地层分布为：上层为素填土，厚1.2m，重度1=16kN/m3,承载力特征值fak=80Kpa,压缩模量ES=5.6MPa;下层为粉质粘土，重度2=18 kN/m3,承载力特征值fak=210Kpa,压缩模量E

12、S=9.0Mpa；地下水位在天然地面以下2.5m。 抗震设防要求：设防烈度为7度，设计地震分组为第1组，设计地震加速度为0.15g。1.2 调研现代社会经济迅速发展，办公条件有了新的要求。现代办公楼、研发楼采用的大多数还是钢筋混凝土的框架结构。框架结构通过现场浇筑可以形成具有整体节点的连续结构，保护非结构构件遭破坏。另外框架结构主要有其主体框架承重，墙体只起围护和隔断作用。因此，房间的布置很灵活，窗洞的位置也可以根据采光要求灵活布置。可是正由于框架结构中墙体不承重，这对框架结构的整体刚度有削弱的作用；另外周期性的往复水平荷载作用下，构件刚度因裂缝开展而递减，构件开裂处钢筋的塑性拉伸使裂缝不能闭

13、合。1.3 平面布置建筑是供人使用的有功能作用的空间，同一功能要求和使用目的的建筑可以有多种空间形式，建筑体型一般综合反映内部空间，又在一定程度上反映建筑的性格、历史时期和民族地域特点。对于建筑造型与平面布置的选择，必须考虑结构因素，以有利于结构受力。平面形状应简单、对称、规则，以减少地震灾害的影响。本设计在平面上力求平面对称，对称平面易于保证质量中心与刚度中心重合，避免结构在水平力作用下扭转。根据以上要求，此办公楼采用内廊式，建筑的总长度为50.4m，总宽度为16.8m；走廊的宽度为2.4m。走廊两端设置安全出口，正对营业大厅也布置了一个出口。1.4 立面布置立面设计时首先应推敲各部分总的比

14、例关系，考虑建筑物整体的几个方面的统一，相邻立面的连接与协调，然后着重分析各立面上墙面的处理、门窗的调整和安排，最后对入口、门廊等进一步进行处理。节奏韵律和虚实对比，是使建筑立面高于表现力的重要设计手法，在建筑立面上，相同构件或门窗作有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律的效果。立面的节奏感在门窗的排列组合、墙面的构件划分中表现得比较突出。1.5 剖面设计剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度，建筑层数、建筑空间的组合利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系，建筑物的平面和剖面是紧密联系的。在本设计中首层层高为3.9m，其它层层高为3.3m，消防疏散用楼布置在建筑物两侧。1.

15、6 垂直交通设计本工程主要垂直交通工具是楼梯，对楼梯的选用及其在建筑物中的合理布置，将使高层建筑的使用更加合理，同时还能提高工作效率。本设计中设置了两部楼梯，一部位于大厅处，另一部布置在建筑物右侧。这样的布置可使建筑物内任意点至楼、电梯出口的距离均不大于30m，满足高层建筑的防火要求。1.7 耐火等级、防火疏散和采光通风本办公楼的设计耐火等级为二级。发生火灾时，工作人员往往还在远离地面的高层，将他们全部迅速地疏散到安全地带是防火的重要环节，疏散设计的原则是路线简单明了，便于人们在紧急时进行判断，同时供以室内任何位置向两个方向疏散的可能性。疏散楼梯是发生火灾时电梯停用的情况下最主要的竖向交通途径

16、，其位置应首先符合安全疏散距离的规定，也应符合人在火灾发生后可能的疏导方向。本设计中楼梯设置于建筑的两端，可双向疏散。布置房间时已考虑到将走廊两边房间的门、窗尽量相对，以便形成空气对流，从而达到通风的效果，具体的采光要求可以通过控制窗的尺寸来实现。1.8 其他构造设计楼梯：不锈钢扶手栏杆，见苏J9505女儿墙：见苏J9503不上人屋面做法：30厚C20细石混凝土，内配4150150钢筋网片，120厚现浇钢筋混凝土结构层，10厚合成高分子防水层，20厚1:3水泥砂浆找平层，100厚聚苯板保温层，35厚C20细石混凝土找坡层，20厚板底抹灰。楼面做法（普通）：10厚地面砖，20厚1:3水泥浆找平层

17、，120厚现浇钢筋混凝土结构层，20厚板底抹灰楼面做法（卫生间）：10厚地面砖，20厚水泥砂浆找坡层，20厚1:3水泥浆找平层，120厚现浇钢筋混凝土结构层，20厚板底抹灰。墙体：采用240厚加气混凝土砌块内墙体（普通）： 240厚加气混凝土砌块，双面20厚水泥石灰砂浆抹灰。刷乳胶漆。内墙体（卫生间）： 240厚加气混凝土砌块，20厚水泥砂浆、20厚水泥石灰砂浆各单面抹灰，刷乳胶漆。外墙体：防水防霉涂料，5厚1：0.3:3石灰膏砂浆砂浆粉面，15厚1：1.6水泥石灰膏砂浆打底，40厚聚苯乙烯泡沫板塑料，240厚加气混凝土砌块 ，15厚1：1.6水泥石灰膏砂浆打底， 5厚1：0.3:3石灰膏砂浆

18、砂浆粉面。1.9主要参考资料1、建筑结构统一标准（GB6884） 2、建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001） 3、建筑抗震设防分类标准（GB5022395）4、建筑结构荷载规范（GB500092011） 5、混凝土结构设计规范（GB500102002） 6、建筑地基基础设计规范（GB500072002） 7、建筑抗震设计规范（GB500112001） 8、江苏省现行建筑标准图集9、 同济大学等.房屋建筑学. 北京：中国建筑工业出版社， 200410、 建筑设计资料集编委会.建筑设计资料集. 北京：中国建筑工业出版社，1994 11、 彭少民.混凝土结构（上、下）.武汉工业大学出版

19、社，200212、 丰定国, 王杜良.抗震结构设计 武汉工业大学出版社，200313、赵明华.土力学与基础工程 武汉工业大学出版，200314、徐礼华.土木工程专业毕业设计指南武汉理工大学出版社，200315、 北京钢铁设计研究总院,华北矿建设计研究院.钢筋混凝土结构构造手册（第二版） 冶金工业出版社，199116、 张叙，李军.常用建筑结构节点设计施工详细图集 中国建筑工业出版社，2002 第二章 结构设计2.1 框架结构设计2.1.1 工程概况1.柱网尺寸布置，初步确定及层高。根据建筑的空间功能要求，横向以7.2m和2.4m为主，纵向以7.2m为主，首层层高为3.9m，二到五层层高为3.3

20、m。 图2-1 框架平面柱网布置2.承重方案本工程柱网布置为长方形，采用纵横向框架承重方案。3.根据混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）【一下简称混规】10.1条表10.1.1可知民用建筑的双向板的最小厚度为80mm，本工程取用120mm。2.1.2 设计条件1. 气象资料 年平均降雨量 485mm 夏季主导风向 东南 冬季主导风向 西北基本风压 W0=0.35KN/m2 基本雪压 S0=0.25KN/m2 2. 地质资料拟建场地地形平坦，自然地表绝对高程34.50 m，场地类别为II类场地，该场地地层分布为：上层为素填土，厚1.2m，重度1=16kN/m3,承载力特征值fak=8

21、0Kpa,压缩模量ES=5.6MPa;下层为粉质粘土，重度2=18 kN/m3,承载力特征值fak=210Kpa,压缩模量ES=9.0Mpa；地下水位在天然地面以下2.5m。3. 抗震设防要求：设防烈度为7度，设计地震分组为第1组，设计地震加速度为0.15g。4.材料的选用：根据抗规3.9.2条规定确定，混凝土强度等级为C30, 梁纵筋及基础选用HRB335级钢筋，柱纵筋选HRB335级钢筋，箍筋选用HRB335级钢筋。5.抗震等级的确定：（1）根据建筑工程抗震设防分类标注GB 50223-2008 3.0.2条规定，确定本工程为丙类。（2）根据抗规表6.1.2确定，丙类，7度设防的建筑抗震等

22、级为三级，场地为类。2.1.3 屋面及楼面做法1. 不上人屋面做法：30厚C20细石混凝土，内配 4150 150钢筋网片，120厚现浇钢筋混凝土结构层，10厚合成高分子防水层，20厚1:3水泥砂浆找平层，100厚聚苯板保温层，35厚C20细石混凝土找坡层，20厚板底抹灰。2.楼面做法（普通）：10厚地面砖，20厚1:3水泥浆找平层，120厚现浇钢筋混凝土结构层，20厚板底抹灰。2.2 梁柱截面、梁跨度及柱高的确定结构布置如图2-2所示，根据布置情况确定结构的尺寸。 图2-2 结构平面布置图2.2.1 初估截面尺寸1）横向框架主梁 AB跨：取L=7200mm, ,取h=600mm。 ，取b=3

23、00mm。 BC跨：取L=2400mm，,取h=400mm，b=250。 由于结构对称，CD跨与AB跨相同。2）纵向框架主梁：取L=7200mm, ,取h=600mm。 ，取b=300mm。3）次梁、连系梁：取L=7200mm, ，取h=500mm，b=250mm。4）柱截面： 框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算： （1-1） 式中：柱的组合的轴压力设计值；按简支状态计算的柱的负载面积； 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1215kN/；考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；验算截面以上楼层

24、层数；柱截面面积；混凝土轴心抗压强度设计值；框架柱轴压比限值，此处可近似取，即为一级、二级和三级抗震等级，分别取0.7，0.8和0.9。其中：15 kN/，4，0.9，1.3，1.25。C30混凝土： fc14.3 kN/ ， ft1.43 kN/边柱： 中柱： 为方便计算取柱的截面尺寸为600mm 600mm初选梁柱截面尺寸见表2-1表2-1 初选梁柱截面尺寸层次横梁（bh）mm纵梁（bh）mm次梁（bh）mm柱（bh）mm1-5边跨中跨300600250400300600250500600600 2.3 荷载计算2.3.1 楼、屋面活荷载标准值根据荷载规范（GB-5009-2002）第4.

25、1.1条和第4.3.1，楼、屋面活荷载标准值取值如下：（1）民用建筑楼面均布活荷载标准植按表4.1.1规定采用办公室 2.0 kN/m2走廊 2.5 kN/m2楼梯 3.5 kN/m2资料室 2.5 kN/m2卫生间 2.5 kN/m2员工休息区 2.0 kN/m2备用房 2.0 kN/m2会议室 2.0 kN/m2多功能厅 3.5 kN/m2（2）荷载规范4.3.1屋面均布活荷载按表4.3.1规定采用不上人屋面 0.5 kN/m2雨蓬 0.5 kN/m2基本雪压，故屋面雪荷载标准值2.3.2 楼、屋面的建筑做法及恒荷载的标准值1） 屋面（不上人屋面）（1）30厚C20细石混凝土，内配4150

26、150钢筋网片 240.03=0.72 （2）120厚现浇钢筋混凝土结构层 250.12=3 （3）10厚合成高分子防水层 0.4 （4）20厚1:3水泥砂浆找平层 200.02=0.4 （5）100厚聚苯板保温层 0.140.1=0.014 （6）35厚C20细石混凝土找坡层 250.035=0.875 （7）20厚板底抹灰 20 0.02=0.4 小计5.809 kN/m22） 普通楼面10厚地面砖 210.010.21 kN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 200.020.4 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土结构层 250.123 kN/m220厚板底抹灰 200.020.4 kN/m

27、2小计4.01 kN/m23） 卫生间楼面10厚地面砖 210.010.21 kN/m220厚水泥砂浆找破层 （0.02+0.05）/2 20=0.720厚1：3水泥砂浆找平层 200.020.4 kN/m2120厚现浇钢筋混凝土结构层 250.123 kN/m220厚板底抹灰 200.020.4 kN/m2小计4.71 kN/m24） 普通内墙体（1）刷乳胶漆 /（2）240厚加气混凝土砌块 80.24=1.92（3）刷配套界面处理剂一道 /（4）双面20厚水泥石灰砂浆抹灰 170.0220.68 kN/m2（5）刷乳胶漆 /小计 2.6 kN/m25）卫生间内墙体（1）刷防水防霉涂料 /（

28、2）240厚加气混凝土砌块 80.24=1.92（3）（3）刷配套界面处理剂一道 /（4）20厚水泥砂浆，20厚水泥石灰砂浆各单面抹灰 20 0.02+170.02=0.74 kN/m2 （5）刷乳胶漆 /小计 2.66kN/m26）楼梯间内墙体（1）刷防水防霉涂料 /（2）240厚加气混凝土砌块 80.24=1.92（3）（3）刷配套界面处理剂一道 /（4）各20厚水泥砂浆，20厚水泥石灰砂浆各单面抹灰 20 0.02+170.02=0.74 kN/m2（5）刷乳胶漆 /小计 2.66kN/m27）外墙体（1）刷防水防霉涂料 /（2）5厚1：:0.3：3水泥石灰膏砂浆粉面 200.005=0

29、.1 kN/m2（3）15厚1:1.6水泥石灰膏砂浆打底 200.015=0.3 kN/m2（4）40厚聚苯乙烯泡沫塑料 0.50.04=0.02 kN/m2 （5）240厚加气混凝土砌块 80.24=1.92 kN/m2（6）15厚1:1.6水泥石灰膏砂浆打底 200.015=0.3 kN/m2（7）5厚1：:0.3：3水泥石灰膏砂浆粉面 200.005=0.1 kN/m 小计 2.74kN/m22.4重力荷载代表值2.4.1 荷载计算1）不上人屋面 5.809 kN/m22）普通楼面 4.01 kN/m23）卫生间楼面 4.71 kN/m24）普通内墙体 2.6 kN/m25）卫生间内墙体

30、 2.66 kN/m26）楼梯间内墙体 2.66 kN/m27）外墙体 2.84 kN/m28）楼梯荷载计算: a.楼梯荷载计算，取1m宽板计算，楼梯板厚，取。斜板的倾角：，。面层为10厚水磨石子面层 200.01=0.2 kN/m220厚1：2白水泥白石子砂浆找平层 20 0.02=0.4 kN/m2小计 0.6 kN/m2 水磨石面层 踏步 梯段板自重 板底抹灰 总计 7.11 kN/m2a. 平台板的荷载 水磨石面层 0.6kN/m2120厚混凝土板 板底抹灰 小计 3.44 kN/m2b. 平台梁的荷载梁自重 梁侧粉饰 小计 2.2 kN/m2一层楼梯间自重： 二到四层楼梯间自重：五层

31、楼梯间自重：2.4.2 墙的重力荷载各层墙体的重力荷载代表值计算见表2-2总标准值=（墙毛面积-门窗面积）墙体单位面积重力荷载标准值+门窗面积门窗自重表2-2 墙体重力荷载标准值计算表楼层部位外墙普通内墙卫生间墙楼梯间墙标准值合计（kN）5墙毛面积（）443.52522.7294.05118.82796.77门窗面积 ()80.151.844.328.64总标准值（kN）1027.811234.66239.55294.753、4墙毛面积（）443.52451.4494.05118.82611.44门窗面积 ()80.151.844.328.64总标准值（kN）1027.811049.33239

32、.55294.752墙毛面积（）443.52570.2494.05118.82920.32门窗面积 ()80.151.844.328.64总标准值（kN）1027.811385.21239.55294.751墙毛面积（）524.16673.92111.15140.43474.21门窗面积 ()100.0847.524.328.64总标准值（kN）1198.841638.14285.03352.212.4.3柱、梁的重力荷载 各层柱、梁的重力荷载标准值计算见表2-3，表2-4。表中为考虑梁柱表面抹灰粉刷的荷载增大系数，柱取1.1，梁取1.05。表2-3 柱重力荷载标准值计算楼层尺寸每延米重量柱长

33、（m）根数总长（m）标准值（kN）每层标准值合计2-593.332105.6950.41.11045.44194.832153.61382.41520.64表2-4 梁重力荷载标准值计算楼层类别尺寸每延米重量梁长标准值小计每层标准值合计1-5边跨梁4.5115.2518.41788.61.051878.03中间跨梁2.519.248纵梁4.5201.6907.2次梁3.125100.83152.4.4楼面、屋面的重力荷载 各层楼面、屋面恒荷载标准值及活荷载标准值计算见表2-5，表2-6。表2-5 楼面、屋面恒荷载标准值计算表楼层部位面积均布恒载标准值恒载标准值恒载合计5屋面846.725.80

34、94918.5964918.5961-4普通楼面743.044.012979.5904：:311.2362-3:3437.9161:3460.316卫生间楼面51.844.71244.166楼梯间487.492-3214.161236.56注：表中楼梯间荷载取自楼梯荷载计算。表2-6 楼面、屋面活荷载标准值计算表楼层部位面积均布活载标准值活载标准值活载合计5屋面846.720.5（0.25）423.36（211.68）423.65办公室等648.722.01297.441859.04走廊120.962.5302.4卫生间51.842.5129.6楼梯间25.23.588.23-4办公室等466

35、.562.0933.121857.6走廊120.962.5302.4休息室51.842.0103.68会议室103.682.0207.36卫生间51.842.5129.6楼梯间51.843.5181.442办公室等622.082.01244.161857.6走廊120.962.5302.4卫生间51.842.5129.6楼梯间51.843.5181.441办公室等492.482.0984.961909.44休息室25.922.051.84资料室103.682.5259.2走廊120.962.5302.4卫生间51.842.5129.6楼梯间51.843.5181.44注：括号中为雪荷载的值。2.